научная статья по теме ГИПОТЕЗА МИКРОСТРУКТУРНОГО КОНТРОЛЯ ОТЛОЖЕНИЯ ТОНКОВКРАПЛЕННОЙ ЗОЛОТОРУДНОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ В ЧЕРНОСЛАНЦЕВЫХ ТОЛЩАХ Геология

Текст научной статьи на тему «ГИПОТЕЗА МИКРОСТРУКТУРНОГО КОНТРОЛЯ ОТЛОЖЕНИЯ ТОНКОВКРАПЛЕННОЙ ЗОЛОТОРУДНОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ В ЧЕРНОСЛАНЦЕВЫХ ТОЛЩАХ»

ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2011, том 53, № 3, с. 250-266

УДК 553.2:552.4

ГИПОТЕЗА МИКРОСТРУКТУРНОГО КОНТРОЛЯ ОТЛОЖЕНИЯ ТОНКОВКРАПЛЕННОЙ ЗОЛОТОРУДНОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ В ЧЕРНОСЛАНЦЕВЫХ ТОЛЩАХ © 2011 г. А. А. Пэк, В. И. Мальковский, Ю. Г. Сафонов

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва Ж-17, Старомонетный пер., д. 35 Поступила в редакцию 11.01.2011 г.

Статья посвящена рассмотрению проблемы отложения тонковкрапленного самородного золота в месторождениях "черносланцевой формации". Предлагается гипотеза контроля отложения золота микроструктурой порового пространства рудовмещающих пород. Приведенные данные о структуре порового пространства плотных сланцев свидетельствуют, что основная часть их порового объема представлена нанопорами с характерным размером в сотые доли микрона. С использованием балансовых расчетов обосновывается представление, что отложению самородного золота в нанопоро-вых каналах фильтрации препятствует отсутствие в объеме пор количества атомов, необходимого для преодоления "порога нуклеации" — образования зародыша будущего кристалла золота. Когда рудотранспортирующий раствор встречает на своем пути полости (поры, микро- и макротрещины), объем которых достаточен для преодоления порога нуклеации, он "сбрасывает" избыточное (по отношению к равновесному) содержание рудного компонента, формируя центры кристаллизации, дальнейшее отложение золота на которых приводит к формированию рудных вкрапленников. Условия рудоотложения рассматриваются на примере эталонного месторождения черносланцевой формации — Сухой Лог. Основываясь на данных о термобарических условиях отложения руд месторождения и общефизических закономерностях флюидного тепломассопереноса делается предположение, что отложение рудной вкрапленности на ранней высокотемпературной стадии рудообразования происходило при давлении флюидов, близком к литостатическому, и проницаемости рудовмещающих пород, значительно превосходившей современную.

ВВЕДЕНИЕ

Отличительная особенность многих золоторудных месторождений в углеродистых терригенных толщах "черносланцевой формации" — широкое, а в некоторых случаях и преобладающее развитие рассредоточенной в большом объеме вмещающих пород тонковкрапленной минерализации, представленной микроскопическими и субмикроскопическими выделениями золотосодержащих сульфидов и самородного металла. Опыт изучения гидротермальных месторождений свидетельствует, что одним из основных факторов, определяющих характер пространственной локализации гидротермальных руд, является структурный контроль ору-денения. Поэтому правомерно задать вопрос: существует ли и если существует, то в чем заключается локальный структурный контроль отложения самородного золота на характерном для черносланцевых толщ масштабном уровне выделения его индивидов в десятые и сотые доли миллиметра? Так, на крупнейшем месторождении Сухой Лог (сведения о котором как о референтном примере месторождений черносланцевой формации будут нами неоднократно использоваться в дальнейшем при изложении

Адрес для переписки: А.А.Пэк. E-mail: pek@igem.ru

материала статьи) изучение гранулометрии "золотой головки" гравитационного концентрата из технологической пробы рядовых руд, в которую извлекается около 40% золота, "показало преимущественное (по массе) распространение золотин размером около 0.1 мм при вариациях величин 0.02-0.4 мм" (Гаврилов, Кряжев, 2008; фиг. 1).

На отложение самородного золота в гидротермальном процессе влияют многочисленные и, прежде всего, физико-химические факторы - изменение по пути движения рудотранспортирующих гидротерм температуры, давления, кислотно-щелочного и окислительно-восстановительного потенциалов растворов и др. (Летников, Вилор, 1981). Поэтому для поиска ответа на поставленный выше вопрос информативны примеры обстановок рудо-отложения, в которых локальные вариации физико-химических условий по пути движения рудооб-разующих растворов проявлялись в минимальной степени. В сравнении с другими промышленными типами золоторудных месторождений, на которых проявлено дисперсное золото (Абдулин, Матвиенко, 2000), такие обстановки наиболее соответствуют условиям отложения вкрапленного золота в лито-логически монотонных в основном первично глинистых породах черносланцевой формации.

Частота встречаемости, % 30 г

25 -

20 -

15 -

10 -

5 -

0 ---------

1 5 10 20 40 80 160 400

Размеры выделений золота, мкм

Фиг. 1. Гранулометрический состав самородного золота по данным микроскопических наблюдений в шлифах (Гаврилов, Кряжев, 2008).

Для конкретизации постановки вопроса в качестве модельного прообраза рассмотрим пример вкрапленников, приведенный на фиг. 2. Во вмещающем вкрапленники аргиллите не отмечается каких-либо особенностей минерального состава, отличающего его от аргиллита на удалении от вкрапленников. Поэтому нет оснований предполагать, что появление вкрапленников именно в данном месте обусловлено реакционным взаимодействием в системе раствор—порода. Кроме того, исходя из самих размеров вкрапленников, нет оснований предполагать, что их появление обусловлено локальным изменением температуры или давления рудообра-зующего раствора.

В свете негативной оценки предположений о возможной роли локальных вариаций значений основных физико-химических параметров рудо-образующего раствора и имея в виду отмеченную выше первично глинистую природу пород черно-сланцевой формации, в статье выдвигается гипотеза контроля отложения вкрапленников золота микроструктурой порового пространства среды рудоотложения. Предполагаемый механизм "микроструктурного контроля" основывается на зависимости начального этапа процесса кристаллиза-

ции — образования зародыша будущего кристалла — от объема кристаллообразующего раствора: при прочих равных условиях, чем меньше объем раствора, тем большее его пересыщение нужно для зарождения центра кристаллизации. Этот эффект относительно незначим в макрообъемах растворов, но его роль прогрессивно нарастает с переходом к микрообъемам. Поэтому в тонкопористых средах с распределением размеров поровых каналов от нано- до микро- и макропор зарождение кристаллической фазы будет происходить предпочтительно в наиболее крупных порах, в то время как в тонких порах будет сохраняться пересыщенный раствор. Поро-вое пространство плотных сланцев представлено в основном субмикроскопическими порами (КайзиЪе г1 а1, 1991; КайзиЪе, 1993). Эффект зависимости начального этапа процесса кристаллизации от объема кристаллобразующего раствора позволяет предположить, что в тонкопористых породах черносланце-вой формации пересыщение рудотранспортирую-щего раствора, накапливавшееся в нем по мере снижения температуры и давления по трассе движения рудоносных гидротерм, не могло "сбрасываться" в любой произвольно выбранной точке среды рудоот-ложения. Поток рудотранспортирующих растворов

Фиг. 2. Вкрапленники самородного золота вблизи кристалла пирита в измененных алевропелитах. Месторождение Западное (западный участок месторождения Сухой Лог). Полированный шлиф. Увеличение 100.

Размеры золотин в поперечном сечении 12—15 мкм. Состав вкрапленников, по данным микрозондовых определений, выполненных в ИГЕМ РАН. Аналитик — А.В. Мохов: Au — 85—86, Ag — 15—14 мас. %.

просачивался по сети субмикроскопических поро-вых каналов сланцевой толщи пока не встречал на своем пути более крупные поры, объем которых был достаточен для преодоления "порога нуклеации"— образования зародыша будущего кристалла золота. Такие относительно более крупные поры не образовывали связанного кластера, но представляли собой как бы "вкрапления" в сети взаимосвязанных, но более тонких каналов фильтрации. Поэтому отложение в них золота приводило к соответственно распределенному характеру вкрапленной рудной минерализации

Таким образом, предполагаемый гипотезой процесс отложения вкрапленного золота заключается: 1) в продвижении рудообразующих растворов по вмещающим тонкопористым породам; 2) в снижении по пути движения потока температуры и давления и, как следствие, пересыщении растворов по отношению к золоту и 3) в отложении вкрапленного золота при переходе пересыщенных растворов из субмикронных каналов фильтрации в относительно более крупные поровые и трещинные полости. Эта схема процесса в настоящее время однако не может претендовать на большее, чем на статус гипотезы, поскольку теоретические представления и экспериментальные исследования условий сохранения метастабильного состояния в микрообъемах пересыщенных растворов не позволяют произвести априорную оценку параметров процесса. Природные же наблюдения о влиянии микроструктуры по-рового пространства на кристаллизацию из растворов так же, как и данные о микроструктуре порово-

го пространства плотных сланцев, единичны или немногочисленны.

ПОРОГ НУКЛЕАЦИИ ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ИЗ РАСТВОРОВ В ТОНКОПОРИСТЫХ СРЕДАХ

Порог нуклеации. Процесс кристаллизации из раствора начинается с нуклеации (nucleus — ядро) — образования мельчайших частиц новой фазы, которые служат зародышами центров ее кристаллизации. Для возникновения зародышей раствор должен быть пересыщен, т.е. находиться в неравновесном метаста-бильном состоянии. Переход термодинамической системы из неравновесного в равновесное состояние является самопроизвольным процессом, который обычно не требует совершения какой-нибудь работы. Однако для образования зародыша новой фазы совершение работы необходимо. Это кажущееся противоречие между общими термодинамическими закономерностями и представлениями о возникновении зародышей обусловлено тем, что при образовании зародыша на изменение свободной энергии системы AF влияют появление новой фазы как таковой AFV и поверхности раздела фаз AFS (Хамский,1967; Скрипов, Коверда, 1984 и др.):

AF = AFS - AFV.

Изменение свободной энергии AFS, связанное с возникновением поверхности раздела фаз, всегда положительно, а изменение свободной энергии —AFV, обусловленное появлением некоторого количества новой стабильной фазы, имеет отрицатель-

0.6 0.8 2 4 10 30 100

Размеры наночастиц, нм

Фиг. 3. Доля (в %) атомов на поверхност

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком